Способ контроля модуля кислотности шлака в электротермическом производстве фосфора

 

Изобретение относится к электротермическому способу получения желтого фосфора , в частности к способам контроля модуля кислотности шлака, и позволяет улучшить технико-экономические показатели работы печи за счет снижения расходных коэффициентов по сырью (фосфату, кремнию, коксу) и электроэнергии в результате подавления побочных реакций и увеличения скорости протекания основной реакции. Для повышения точности определения модуля кислотности шлака дополнительно определяют в нем наличие карбида кремния (SIC), вычисляют содержание окиси кремния в шлаке, обусловленное наличием карбида кремния, и затем вычисляют модуль кислотности по змперической формуле с учетом вычисленного значения окиси кремния в шлаке, обусловленного наличием карбида кремния в нем. СП с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4362268/26 (22) 12.01.88 (46) 23,03.92, Бюл. ¹ 11 (71) Новоджамбулский фосфорный завод и Ленинградский государственный научноисследовательский институт основной химической промышленности (72)А. В.. Владыкин, Ю» В. Шкарупа, Р, С. Кириллина, М, P. Барлыбаев, И. Н.

Харламова, Е. А. Назаров и M. И. Лифсон (53) 66.012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1288155, кл, С 01 В 25/00, 1985, Руководство по анализу в производстве фосфора, фосфорной кислоты и удобрений.

/Под ред. Мойжес И. Б, — М,: Химия, 1973, с. 13-18. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МОДУЛЯ КИСЛОТНОСТИ ШЛАКА В ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ФОСФОРА

Изобретение относится к электротермии, в частности к способам контроля модуля кислотности шлака при электротермическом получении желтого .фосфора.

Процесс получения фосфора электротермическим способом начинается с приготовления шихты, состоящей иэ фосфорита, кварцита и кокса, причем соотношение компонентов шихты для обеспечения высокой текучести шлаков и наилучших условий извлечения фосфора выбирают таким, чтобы модуль кислотности (Мк) шлака находился в и редел ах 0,76 — 0,85.

В процессе возгонки фосфора поддерживается заданный электрический режим путем изменения положения электродов в

„„!Ж„„1721009 А1 (яд С 01 В 25/00, 0 05 0 27/00 (57) Изобретение относится к электротермическому способу получения желтого фосфора, в частности к способам контроля модуля кислотности шлака, и позволяет улучшить технико-экономические показатели работы печи за счет снижения расходных коэффициентов по сырью (фосфату, кремнию, коксу) и электроэнергии в результате подавления побочных реакций и увеличения скорости протекания основной реакции. Для повышения точности определения модуля кислотности шлака дополнительно определяют в нем наличие карбида кремния (SiC), вычисляют содержание окиси кремния в шлаке, обусловленное наличием карбида кремния, и затем вычисляют модуль кислотности по эмперической формуле с учетом вычисленного значения окиси кремния в шлаке, обусловленного наличием карбида кремния в нем. ванне печи перемещением их или изменения напряжения за счет переключения ступени напряжения печного трансформатора.

Кроме того, контролируют температуру отходящих газов и давление под крышкой печи и периодически содержание P20s в шлаке и модуль его кислотности.

Фосфорсодержащий газ из печи проходит очистку от пыли в электрофильтре, а затем поступает на конденсацию и в сборники фосфора.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения полноты извлечения фосфора и соответственно оптимальных удельных расходов сырьевых материалов и электроэнергии. из-за отсутствия связи их с содержанием P20s в шлаке, по1721009 требляемой мощности и недостоверного определения модуля кислотности шлака.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления процессом получения фосфора в электротермической печи по которому первоначальную дозировку шихты осуществляют по стехиометрии и увеличивают расход кокса на 5%.

В процессе работы печи поддерживают заданную электрическую мощность известным способом путем перемещения электродов или переключения ступеней напряжения, контролируют содержание

Р20б в шлаке два,раза в смену и определяют модуль кислотности шлака по известной формуле

ЯОг + А!20з Я!02

Затем усредняют рабочую мощность за определенный (заданный) промежуток времени, определяют оптимальное содержаwe Р20б в шлаке, которое соответствует этой мощности, и затем по полученному

Р205 и модулю кислотности корректируют количество кокса в загружаемой шихте, т. е. углеродистый режим.

Такое управление позволяет увеличить выход фосфора за счет уменьшения его содержания в шлаке и феррофосфоре.

Однако из-за недостаточной точности определения модуля кислотности соотношение компонентов шихты нарушается, так как количество кварцита в шихте не Корректируется, а при высоких температурах шлака протекает побочный процесс образования карбида кремния, что, в коне ном итоге, приводит к нарушению электротехнологического режима, повышению содержания кремния в феррофосфоре и шлаке и увеличению запыленности атмосферы цеха.

Правильный метод определения модуля кислотности шлака, обеспечивающей доcToBepHocTb его, а следовательно, эффективность процесса возгонки фосфора, оптимизирует рациональный расход сырья и электроэнергии, увеличивает срок службы футеровки ванны печей.

Температура шлака зависит от многих причин и колеблется в широких пределах, При высоких температурах шлака (более

1500 С) в ванне печи возможно протекание реакции

Si02+ 2С =.SiC+ 2СО., Присутствие карбида кремния в шлаке искажает значение Мк шлака, поскольку SiC не является модулеобразующим компонентом, а.входит в общее количество Si (кремния) в шлаке, Из-за неправильного определения модуля кислотности (Мк) нарушается дозиров5 ка по кварциту, а соответственно по коксу и фосфориту, что может привести к переуглероживанию ванны печи.

Целью изобретения является улучшение технико-зкономических показателей

10 производства фосфора за счет повышения точности контроля модуля кислотности шлака, Способ контроля осуществляется в следующей последовательности:

15 — дозировка исходной шихты, состоящей из фосфоритсодержащего материала, кварцита и кокса; — загрузка в печь и плавка ее; — поддержание заданного электриче20 ского режима плавки, путем перемещения электродов или/и переключения ступени напряжения печно о трансформатора; — слив шлака и контроль содержания

Р20б в шлаке и его модуля кислотности, ко25 торый определяют по формуле 0 2общ SI02sic + А!20з

К

СаО + MgO

Э0 где ВОгобщ общее содержание окиси кремния в шлаке, мас.%;

Я02 sic — содержание окиси кремния в шлаке, обусловленное наличием карбида кремния, мас,%;

З5 А!20з, СаО, MgO — содержание окиси алюминия, кальция и магния в шлаке, мас.%; — по полученным результатам, в случае отклонения их отдопустимых значений, кор40 ректируют дозировку компонентов шихты, загружаемой в печь, Отличительными признаками изобретения являются; — определение содержания карбида

45 кремния в шлаке; — учет полученного значения содержания карбида кремния в шлаке при вычислении содержания окиси кремния в нем; — вычисление модуля кислотности шла50 ка (Мк) по эмпирической формуле, учитывающей полученные значения, Наличие SiC в шлаке приводит к искажению значения Мк шлака как при квантометрическом методе определения Мк, так и

55 при химическом методе, поскольку оба этих метода дают всю сумму кремния в шлаке, а фаза Я!С не является составляющей модуля, Точное определение Si02 с выделением SiC из суммы кремния в шлаке химическими меi 721009

25

35

40 кв — т агл — щ

5102. Модуль кислотности определяется по приведенной выше формуле.

Компоненты Я)02общ, Al>0a; СаО; Mg0 .50 тодами возможно, но этот процесс настолько длителен, что его применение теряет всякий смысл для оперативного технологического контроля. Проведенн ыми исследованиями установлено, что содержание карбида кремния в шлаке колеблется в интервале 0 — 4% и может быть при максимальном значении SIC искажение значения модуля кислотности шлака до величины

0,07 — 0,08, а это перекрывает практически весь допустимый регламентом интервал (Л =0,09) регулирования процесса по модулю. Завышение значения М» шлака за счет присутствия в нем карбида кремния вызывает необоснованную корректировку состава шихты с уменьшением дозировки кварцита и приводит к дальнейшему снижению фактического модуля кислотности шлака.

При этом резко снижается скорость реакции восстановления фосфора. Увеличивается остаточное содержание PzOg в шлаке.

Снижаются производительность печи и выход фосфора, увеличивается удельный расход сырья и электроэнергии, Накопление карбида кремния в шлаке подавляется высокой концентрацией остаточной пятиокиси фосфора, поскольку Р20ь является окислителем по отношению к Si и SiC, но увеличение содержания пятиокиси фосфора вынуждает увеличивать дозировку восстановителя, что неизбежно приводит к переуглероживанию ванны печи, повышению температуры в зоне реакции и развитию побочных реакций и в том числе к развитию реакции карбидообразования.

Корректировка дозировки кварцита относительно фосфатного компонента в зависимости от модуля кислотности шлака производится по соотношению определяются квантометрическим методом. что обеспечивает экспрессность; анализа, а содержание SIC — рентгенографическим методом на рентгенографе типа

ДРОН в той же пробе шлака, затем высчитывается количественное значение SION.

В таблице приведены примеры получения желтого фосфора по прототипу и изобретению при переработке в фосфорной

15 печи РК3-80 фосфатного и кремнистого сырья следующего состава (по данным химического анализа сырья на Новоджамбулском фосфорном заводе).

Содержание компонентов в сырье;

Агломерат

SION 27,3%

А!20з 2,737 Х = 20.03

Pz0g 23,78

СаО 28,10, Я =40,87

Mg0 2,57%

Кварцит:

5 02 85,22 / Са0 6,55 g

Ниже приведена конструкция фосфорной печи РК3-80Ф.

Печь имеет три самоспекающихся электрода диаметром (бв) 1700 м, расположенных в вершинах треугольника, с диаметром распада (Dp) 4800 мм в ванне, имеющей круглую форму, внутренним диаметром (Ов)

10200 мм и высотой ванны (Н,) 5650 мм, Шихта, состоящая из фосфорита (агломерата), кварцита и кокса в заданном соотношении приготавливается в дозаторном отделении и затем по конвейеру поступает в печные бункера и загружается в печь, Задается электрический режим работы печи, например рабочая мощность печи

50 МВт, ток электрода 70 кА, ступень напряжения 24. Расстояние электрод — под 110150 см, т, е. отношение высот подэлектродного пространства к диаметру электрода 0,65-0,9, что для данной ванны печи обеспечит погружение конца электрода в углеродистую зону, Под действием тепла, возникающего в результате протекания тока по электродам, происходит расплавление шихты и возгонка фосфора.

В процессе плавки осуществляется контроль за электротехнологическими параметрами (измерение активной и реактивной мощностей электропечи или отдельных фаз, измерение тока электродов (1в), напряжения электрод-под, регистрируется положение электрододержателя, температура отходящих газов и давление под крышкой печи и т. д.), который осуществляется с помощью приборов и систем автоматического регулирования.

В качестве регулятора электрического режима используется САУ "Фоскар". В регуляторе фактические значения мощности, тока электрода и напряжения сравниваются с заданными значениями. При наличии отклонения перемещают электрод вверх или вниз, а при отклонении напряжения или

1721009 температуры под крышкой печи переключают ступень напряжения.

Через определенное количество потребленной электроэнергии осуществляют выпуск шлака и отбирают пробу для определения содержания P20s в шлаке и модуля кислотности (M»).

Через 1000-1100 МВт потребленной энергии производят выпуск феррофосфора.

Перепуск электродов для поддержания определенной длины самоспекающего электрода осуществляют по известному алгоритму с помощью системы автоматического перепуска, Корректировка шихты осуществляется не чаще одного раза в сутки по фактическому значению М» и Рг05 в шлаке.

Среднесуточные показатели процесса плавки при управлении известным способом приведены в таблице (пример 1).

При отсутствии учета содержания SiC значение М»=0,84 близко к верхнему пределу Мк (0,85) и требует корректировки дозировки кварцита. Обычно корректировка производится до значения М,=0,8, т. е. на

0,2 т/т Р4 кварцита, Произведенная корректировка вызывает дополнительное снижение и так низкого фактического значения модуля кислотности шлака, в результате снижается скорость реакции восстановления, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей, Резко снижается выход фосфора. возрастают удельные нормы расхода в том числе и кварцита, не взирая на снижение его дозировки. В результате устанавливаются параметры плавки приведенные в таблице, пример 2.

Высокое значение остаточного содержания PzOg в шлаке требует следующей корректировки LUMxTbl с увеличением дозировки восстановителя, что приводит к переуглероживанию ванны печи, повышению температуры в зоне реакции и под сводом печи и, как следствие, к дальнейшему снижению мощности печи.

Уста на вли вается следующий режим плавки (см. таблицу, пример 3).

Произведенная корректировка не улучшила режим: низкий фактический модуль кислотности обусловливает торможение скорости реакции, невзирая на избыток углерода в печи, который приводит к развитию побочных реакций и в том числе образованию карбида кремния.

М» шлака низкий и по известному способу определения вызывает необходимость увеличения дозировки кварцита. В результате устанавливается режим, близкий к исходному.

Далее осуществляют корректировку полученного исходного режима (см, таблицу, пример 1) по предлагаемому способу, т. е. с учетом содержания карбида кремния в шлаке, Содержание SiC в шлаке определяют в твердой пробе рентгеновским методом на установке ДРОН

СаО + МцО

=0,76 (см. таблицу).

Корректировка электротехнологического. режима осуществляется за счет увеличе15 ния дозировки кварцита (на 0,2 т/т — Р4) и .изменения соотношения между полезным напряжением и активной мощностью, т. е. уменьшения величины С вЂ” коэффициента

Микулинского.

В результате корректировки установился режим, приведенный в таблице, пример 4, Корректировка режима по предлагаемому способу с определением содержания SiC в шкале и учет его при расчете М» шлака позволяют избегать указанных выше ошибок, поскольку направлены на подавление реакции образования SiC, т. е. на уменьшежения концентрации вводимой объемной мощности в подэлектродном пространстве печи.

По предлагаемому способу управление

35 фосфорной печью корректировка режима осуществляется направленно, поставленная цель достигается в одну стадию. Улучшение технико-экономических показателей работы печи достигается за счет снижения

40 расходных коэффициентов по кварциту, коксу и электроэнергии в результате подавления побочных реакций, увеличения скорости основной реакции и выхода фосфора, Предлагаемый способ позволяет повы45 сить точность определения модуля кислотности (М») за счет учета развития побочных реакций. Это способствует уменьшению расходного коэффициента на кварцит, кокс и удельного расхода электроэнергии.

Формула изобретения

Способ контроля модуля кислотности шлака в электротермическом производстве фосфора, включающий определение общего содержания окиси кремния в шлаке, содер55 жание окисей алюминия, кальция и магния в шлаке и вычисление модуля кислотности по этим измеренным значениям параметров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, дополни30 ние температуры в зоне реакции путем сни10

1721009

Я!02общ S102slc . + А!203

Са0 + MgO

Составитель 3,Марказен

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор Т.Иванова

Заказ 924 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 тельно определяют содержание карбида кремния в шлаке, по нему вычисляют содержание окиси кремния в шлаке, обусловленное наличием карбида кремния, а модуль кислотности шлака вычисляют по формуле где Мк — модуль кислотности шлака;

5102общ общее содержание окиси кремния в шлаке, мас, ;

StO2 sic — содержание окиси кремния в

5 шлаке, обусловленное наличием карбида кремния, мас., А(20з, СаО и MgO — содержание окисей алюминия, кальция и магния в шлаке, мас, .